DE19647412C1 - Vorrichtung zur Drehung eines von einem Betätigungselement beaufschlagten Ventils einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Um bei Brennkraftmaschinen die Standzeit der Ein- und Auslaßventile zu verlängern, wird angestrebt, daß sich die Ventile während des Betriebs der Brennkraftmaschine drehen. Denn durch Drehung der Ventile werden abgelagerte Verbrennungsrückstände gleichmäßig abgetragen und Un­ dichtigkeiten zwischen Ventilsitz und Ventilteller vermieden. Zudem wird die an den Ventilsitz und an den Ventilteller abgegebene Verbrennungs­ wärme besser verteilt, so daß keine punktuellen Hitzestaus auftreten können.

Es ist bekannt, daß die Drehung der Ventile durch hohe Drehzahlen der Brennkraftmaschine sowie durch große Massen der Ventile begünstigt wird. In dem Bestreben, die Brennkraftmaschine zu optimieren, gewinnt aber auch die Drehung der Ventile bei geringeren Drehzahlen zunehmend an Bedeutung. Darüber hinaus werden bei Brennkraftmaschinen immer kleinere bewegte Massen gefordert, so daß die Ventile entsprechend leichter werden. Diese beiden Entwicklungen wirken der Drehung der Ventile jedoch entgegen. Daher ist man dazu übergegangen, bei Brenn­ kraftmaschinen zusätzliche Vorrichtungen zur Drehung der Ventile einzu­ setzen.

Aus der britischen Zeitschrift "Motor" week ending August 1, 1970, Seiten 34 und 35, sind zwei gattungsgemäße Vorrichtungen zur Drehung eines von einem Betätigungselement beaufschlagten Ventils einer Brenn­ kraftmaschine entnehmbar. Gemäß einer ersten Ausführungsform (Fig. 5 greift das Betätigungselement dort direkt am Schaftende des Ventils an. Dadurch kann das Ventil trotz des vorhandenen Spiels zwischen den Verbindungskeilen und dem Schaftende jedoch keine Drehung mehr ausführen, da die auftretende Reibung zwischen dem Ventil und den Verbindungskeilen zu groß ist. Gemäß einer zweiten Ausführungsform (Fig. 4) greift das Betätigungselement dort nur indirekt am Schaftende des Ventils an. Dazu ist auf den Verbindungskeilen und in ausreichendem Abstand zum Schaftende des Ventils ein Käppchen gelagert, welches von dem Betätigungselement beaufschlagt wird. Das bedeutet, daß beim Stand der Technik entweder keine Drehung mehr stattfindet oder aber ein zusätzliches und damit leicht verlierbares Käppchen erforderlich ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ventildrehvorrichtung zu konzipieren, welche eine zuverlässige Drehung des Ventils gewährleistet und ohne die Verwendung von zusätzlichen Kleinteilen auskommt.

Gelöst wird diese Aufgabe, indem die Verbindungselemente so ausgebil­ det sind, daß sie einen bis über das Stirnende des Ventilschafts hinausra­ genden Abschnitt und ein an diesen Abschnitt angeformtes Plateau auf­ weisen, wobei die Plateaus der einzelnen Verbindungselemente in einem bestimmten Abstand zum Stirnende des Ventilschafts angeordnet sind und sich zu einer im wesentlichen geschlossenen Arbeitsfläche ergänzen, so daß das Betätigungselement an dieser Arbeitsfläche angreifen kann.

Somit ist eine zuverlässige Drehung des Ventils sichergestellt, da das Ventil zwischen den so ausgebildeten Verbindungselementen unter Spiel gehalten ist und das Stirnende des Ventilschafts kontaktfrei gelagert ist.

Zudem kommt die vorgeschlagene Vorrichtung ohne Verwendung von zu­ sätzlichen Kleinteilen, wie Käppchen oder dergleichen aus. Dies hat des­ wegen besondere Bedeutung, da die bekannten Käppchen lose auf den Verbindungskeilen aufliegen und beim Ein- und Ausbau des Ventiltriebs der Brennkraftmaschine ungehindert herausfallen und sich auch während des Betriebs der Brennkraftmaschine verschieben können.

Darüber hinaus bietet diese Vorrichtung den Vorteil, daß die Verbin­ dungselemente aufgrund ihrer neuen Formgebung besser zu handhaben sind. Dies begünstigt das Einsetzen und das Ausbringen der Verbin­ dungselemente. Denn ein Verkeilen der Verbindungselemente wird dank der verbesserten Handhabung kaum noch auftreten. Für den Fall, daß die Verbindungselemente dennoch verkeilt sein sollten, könnte dies aufgrund der dann unebenen Arbeitsfläche jedoch sofort erkannt und korrigiert wer­ den. Damit ist auch das Problem, daß die herkömmlichen Verbindungs­ keile schwer zu handhaben sind und daher häufig unsachgemäß einge­ setzt werden, gelöst.

Ferner sind die zur Vorrichtung gehörenden Verbindungselemente kalt­ fließpreßbar und daher einfach und kostengünstig herstellbar.

Schließlich wirkt die aus den Plateaus gebildete im wesentlichen ge­ schlossene Arbeitsfläche in optimaler Weise mit dem Betätigungselement zusammen. Denn das Betätigungselement kann direkt an den Verbin­ dungselementen angreifen, so daß diese klemmend im Innenkonus der Lochscheibe gehalten werden.

Vorteilhaft sind jeweils zwei Verbindungselemente vorgesehen, deren Plateaus halbkreisförmig ausgebildet sind und eine gerade Berührungs­ linie aufweisen oder zungenförmig ausgebildet sind und eine S-förmige Berührungslinie aufweisen und sich jeweils zu einer kreisförmigen Arbeitsfläche ergänzen. Dadurch ist realisiert, daß die Plateaus jeweils gleiche Flächen aufweisen und die von dem Betätigungselement aufge­ brachten Kräfte auch gleichmäßig auf die zugehörigen Verbindungsele­ mente wirken. Ist als Betätigungselement ein Schlepp- oder ein Kipphebel vorgesehen, welcher die Arbeitsfläche überstreicht, so kann wenigstens eines der Verbindungselemente im Bereich des Plateaus eine Öffnung für Schmieröl aufweisen.

Bevorzugt ist diese Öffnung symmetrisch zur Ventilachse in beiden Ver­ bindungselementen angeordnet. Auf diese Weise wird durch die Öffnung keine erhöhte Reibung erzeugt und liegt dadurch keine Beeinträchtigung der Drehbewegung vor.

Sind als Betätigungselemente auch Tassenstößel vorgesehen, welche die Arbeitsfläche fortwährend abdecken, so sollte wenigstens eines der Ver­ bindungselemente im Bereich des halbringförmigen Abschnitts eine Öff­ nung für Schmieröl aufweisen.

Besonders bevorzugt ist für die Ölversorgung zwischen der Lochscheibe und den Verbindungselementen an der dem Betätigungselement zuge­ wandten Seite eine ringförmige Nut vorgesehen, welche mit der Öffnung in Verbindung steht. Durch diese Nut ist ein Ölreservoir geschaffen, wel­ ches aus dem im Zylinderkopf umhergespritzten Schmieröl versorgt wird und über die Öffnung zwischen die Verbindungselemente und das Ventil­ schaftende gelangt, so daß die Schmierung der Ringrippen und der Ring­ nuten und damit die Drehung des unter Spiel gehaltenen Ventils sicher­ gestellt ist.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungs­ figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Drehung eines von einem Betätigungs­ element beaufschlagten Ventils einer Brennkraftmaschine in einer geschnittenen Ansicht entlang der Linie B-B′ aus den Fig. 2a oder 2b;

Fig. 2a eine erste Ausführungsform der Vorrichtung aus Fig. 1 in einer Ansicht entlang der Linie A-A′ und

Fig. 2b eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung aus Fig. 1 in einer Ansicht entlang der Linie A-A′.

In Fig. 1 ist ein in einem Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine gela­ gertes Ventil 2 vereinfacht dargestellt. Das Ventil 2 weist einen langgezo­ genen Schaft 3 mit drei äquidistanten Ringnuten 4 und einem abgeflach­ ten kreisrunden Teller 5 auf. Der Schaft 3 des Ventils 2 ist über eine ge­ wisse Länge in einer hohlzylindrischen Ventilführung 6, die in den Zylin­ derkopf 1 eingepaßt ist, gleitend geführt. Der Teller 5 des Ventils 2 kor­ respondiert mit einem ringartigen Ventilsitz 7, der in den Zylinderkopf 1 eingesetzt ist.

Der Schaft 3 des Ventils 2 ist teilweise von einer schraubenförmigen Feder 8 umgeben. Die Feder 8 stützt sich mit ihrem einen Ende gegen den Zylinderkopf 1 und mit ihrem anderen Ende gegen eine aufgesetzte kreisrunde Lochscheibe 9 ab. Zum Zentrieren und zum Halten der Feder 8 weist die Lochscheibe 9 federseitig eine vorstehende leicht konisch zulau­ fende Nabe 10 sowie eine ebene kreisringförmige Auflagefläche 11 auf. Ferner ist die Lochscheibe 9 mit einem zentralsymmetrisch angeordneten Innenkonus 12 versehen, der sich durch die Lochscheibe 9 hindurcher­ streckt und sich in Richtung des Tellers 5 des Ventils 2 verjüngt.

Zwischen dem Innenkonus 12 der Lochscheibe 9 und den Ringnuten 4 des Ventils 2 sind zwei gleich ausgebildete Verbindungselemente 13 an­ geordnet (siehe auch Fig. 2a und 2b). Diese Verbindungselemente 13 weisen einen keilförmigen ersten Abschnitt 14, einen halbringförmigen zweiten Abschnitt 15 und ein Plateau 16 auf.

Der keilförmige erste Abschnitt 14 des Verbindungselements 13 ist an seiner Außenwandung konisch ausgebildet, so daß er mit dem anderen Verbindungselement 13 und mit dem Innenkonus 12 der Lochscheibe 9 klemmend korrespondiert. Ferner ist er an seiner Innenwandung mit drei Ringrippen 17 versehen, die unter Spiel mit den drei Ringnuten 4 des Ventils 2 zusammenwirken.

An der vom Teller 5 abgewandten Seite des Ventils 2 geht der keilförmige erste Abschnitt 14 unmittelbar in den halbringförmigen Abschnitt 15 über. Dieser halbringförmige zweite Abschnitt 15 erstreckt sich über die vom Teller 5 abgewandte Seite der Lochscheibe 9 sowie über das Stirnende 18 des Ventilschafts 3 hinaus, wobei der Schaft 3 des Ventils 2 nicht von dem zweiten Abschnitt 15 berührt wird.

Der halbringförmige zweite Abschnitt 15 geht schließlich in das aus der Draufsicht aus Fig. 2a erkennbar zungenförmige Plateau 16 über. Die­ ses Plateau 16 ist in einem gewissen Abstand parallel zum Stirnende 18 des Ventilschafts 3 angeordnet, so daß der Schaft 3 des Ventils 2 vom Plateau 16 nicht berührt wird. Die zungenförmigen endständigen Plateaus 16 der beiden Verbindungselemente 13 ergänzen sich zu einer geschlos­ senen Arbeitsfläche 19 mit einer S-förmigen Berührungslinie L.

Alternativ können die beiden Plateaus 16 der Verbindungselemente 13 auch halbkreisförmig sein und sich zu einer geschlossenen Arbeitsfläche 19 mit einer geraden Berührungslinie L′ ergänzen (vgl. Fig. 2b).

Die Arbeitsfläche 19 wird von einem Betätigungselement 20, wie zum Bei­ spiel einem Schlepphebel, einem Kipphebel oder einem Tassenstößel, welches symmetrisch zur Ventilachse X angeordnet ist, beaufschlagt.

Im Bereich des halbringförmigen zweiten Abschnitts 15 weist eines der beiden Verbindungselemente 13 eine Öffnung 21 für Schmieröl auf. Diese Öffnung 21 kann einfach durch eine Stichbohrung geschaffen werden. Um stets eine gute Ölversorgung des unter Spiel zwischen den Verbindungs­ elementen 13 gelagerten Ventils 2 zu gewährleisten, ist zwischen der Lochscheibe 9 und den Verbindungselementen 13 an der dem Betäti­ gungselement 20 zugewandten Seite eine ringförmige Nut 22 mit keil­ förmigem Querschnitt vorgesehen, die mit der Öffnung 21 in Verbindung steht. Dadurch, daß sich in dieser Nut 22 im Zylinderkopf 1 umherge­ spritztes Schmieröl sammelt, ist ein großzügiges Reservoir für die Ölver­ sorgung der Ventildrehvorrichtung geschaffen.

Natürlich ist auch denkbar, daß die Stichbohrung für die Öffnung entlang der Ventilachse X, das heißt mittig zwischen den beiden Verbindungsele­ menten geführt ist.

Der Funktionsablauf der erfindungsgemäßen Ventildrehvorrichtung stellt sich dabei wie folgt dar:

Mittels des Betätigungselements 20 wird das Ventil 2 in Öffnungsrichtung bewegt. Somit wird die Feder 8 zusammengedrückt. Aufgrund ihrer Schraubenform verdreht sich die Feder 8 in Schraubrichtung, so daß die darauf aufliegende Lochscheibe 9 sowie die klemmend mit der Loch­ scheibe 9 verbundenen Verbindungselemente 13 ebenfalls gedreht wer­ den. Aufgrund von Reibung wird dabei auch das zwischen den beiden Verbindungselementen 13 unter Spiel gelagerte Ventil 2 gedreht. Wird das Betätigungselement 20 daraufhin wieder in seine Ausgangsstellung gebracht, so wird das Ventil 2 in Schließrichtung bewegt. Also dehnt sich die Feder 8 wieder aus, so daß sie sich entgegen ihrer Schraubrichtung verdreht. Entsprechend werden nun auch die Lochscheibe 9 und die bei­ den Verbindungselemente 13 gedreht. Das Ventil 2 kann dieser gegen­ läufigen Drehung jedoch nicht folgen, denn aufgrund des Spiels sind die am Ventil 2 angreifenden Trägheitskräfte größer als die in Gegenrichtung wirkenden Reibungskräfte. Dadurch erfolgt lediglich eine gewisse Verzö­ gerung der Ventildrehung. Beim Erreichen der neuen Schließposition wird diese Ventildrehung durch den Kontakt mit dem Ventilsitz 7 gestoppt.

Würde man nun die neue Schließposition mit der vorherigen Schließposi­ tion vergleichen, so könnte man feststellen, daß sich das Ventil 2 um ei­ nen bestimmten Winkelbetrag gedreht hat.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Drehung eines von einem Betätigungselement (20) be­ aufschlagten Ventils (2) einer Brennkraftmaschine, wobei

• - das Ventil (2) an seinem Schaft (3) wenigstens eine umlaufende Ringnut (4) trägt,
• - der Schaft (3) von einer schraubenförmigen Feder (8) und einer Lochscheibe (9) mit Innenkonus (12) umgeben ist, und
• - zwischen der mindestens einer Ringnut (4) des Ventils (2) und dem Innenkonus (12) der Lochscheibe (9) keilförmige Verbindungselemente (13) ange­ ordnet sind, welche das Ventil (2) unter Spiel halten,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die keilförmigen Verbindungselemente (13) einen bis über das Stirnende (18) des Ventilschafts (3) hinausragenden Abschnitt (15) und ein an diesen Abschnitt (15) angeformtes Pla­ teau (16) aufweisen, wobei die Plateaus (16) der einzelnen Ver­ bindungselemente (13) in einem bestimmten Abstand zum Stirn­ ende (18) des Ventilschafts (3) angeordnet sind und sich zu einer im wesentlichen geschlossenen Arbeitsfläche (19) ergänzen, und
• - das Betätigungselement (20) an dieser Arbeitsfläche (19) angreift.

2. Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Verbindungselemente (13) vorgesehen sind, deren Plateaus (16) zungenförmig ausgebildet sind, eine S-förmige Berüh­ rungslinie (L) aufweisen und sich zu einer kreisförmigen Arbeits­ fläche (19) ergänzen.

3. Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Verbindungselemente (13) vorgesehen sind, deren Plateaus (16) halbkreisförmig ausgebildet sind, eine gerade Berüh­ rungslinie (L′) aufweisen und sich zu einer kreisförmigen Arbeits­ fläche (19) ergänzen.

4. Ventildrehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Verbindungselemente (13) im Bereich des Plateaus (16) eine Öffnung (21) für Schmieröl auf­ weist.

5. Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die Öffnung (21) symmetrisch zur Ventilachse (X) in beiden Verbin­ dungselementen (13) angeordnet ist.

6. Ventildrehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Verbindungselemente (13) im Bereich des Abschnitts (15) eine Öffnung (21) für Schmieröl aufweist.

7. Ventildrehvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lochscheibe (9) und den Verbindungselementen (13) an der dem Betätigungselement (20) zugewandten Seite eine ringförmige Nut (22) vorgesehen ist, welche mit der Öffnung (21) in Verbindung steht.